CN113478067B - 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法 - Google Patents

一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113478067B
CN113478067B CN202110842266.0A CN202110842266A CN113478067B CN 113478067 B CN113478067 B CN 113478067B CN 202110842266 A CN202110842266 A CN 202110842266A CN 113478067 B CN113478067 B CN 113478067B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
pin
stirring head
metal plate
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110842266.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113478067A (zh
Inventor
孙屹博
张媛
于伟
孙亚强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Jiaotong University
Original Assignee
Dalian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Jiaotong University filed Critical Dalian Jiaotong University
Priority to CN202110842266.0A priority Critical patent/CN113478067B/zh
Publication of CN113478067A publication Critical patent/CN113478067A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113478067B publication Critical patent/CN113478067B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/1255—Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/26—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体公开了一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，本方法先用有针型焊接搅拌头对异种材料进行焊接再用无针型焊接搅拌头对焊缝进行焊接，实现了金属板和聚合物板的有效焊接，焊接操作简单，焊接投资降低，对环境要求较小，不会对环境产生任何污染，解决了金属物与聚合物搅拌摩擦焊接时受热分解产生气泡、孔洞以及焊接后产生毛刺飞边等问题，不仅可以得到外观美观的焊接接头，还保证了接头质量，提高了焊接效率。

Description

一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域。
背景技术
铝合金和聚合物异质结构由于其密度小、强度高、腐蚀性能好等特点，被广泛的应用于航空航天、轨道交通和船舶制造等领域，所以铝合金和聚合物可靠的连接是工程应用必须解决的问题，聚合物与铝合金之间由于物理和化学性能差异较大，会给焊接带来较大难度，所以大多使用搅拌摩擦焊接的方式对聚合物与铝合金进行焊接，搅拌摩擦焊接是一种新型的固相连接技术，具有高质量、变形小、热输入小等特点，因此能够实现铝合金、镁合金等同种和异种材料的有效焊接，搅拌摩擦焊受材料结构和物理化学性质影响很小，能够克服异种材料由于性能差异较大导致的焊接困难等问题，使其成为理想的连接铝合金和聚合物材料的方法。
搅拌摩擦焊接在焊接铝合金与聚合物的过程中，高速旋转的例如搅拌针插入到焊缝中，并沿着焊缝方向移动，搅拌针对焊接件的搅拌摩擦，使得焊接件的材料温度升高达到塑化状态，塑化的材料在搅拌针的作用下由搅拌针的前端流向后端，在搅拌工具的挤压下形成致密焊缝，在焊接过程中摩擦热部分产生于高速旋转的轴肩与被焊接件表面的摩擦界面，另一部分产生于搅拌针与被焊接件的摩擦，由于轴肩和搅拌针对材料的摩擦作用不同，促使材料流动不均匀，导致焊缝周围形成毛刺和飞边等缺陷，降低了接头的力学性能。针对上述存在的问题，研究设计一种新型的搅拌摩擦焊接方法，克服现有搅拌摩擦焊接中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
为了解决现有的搅拌摩擦焊接存在的上述问题，本发明提供了一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：
S1.将金属板和聚合物板进行焊接前处理，将金属板与聚合物板加工成所需形状；
S2.将所述金属板与聚合物板置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，并用夹紧机构夹紧所述金属板与聚合物板；
S3.安装有针型焊接搅拌头，确定轴肩下压量，并调节所述有针型焊接搅拌头的旋转速度；
S4.开始第一次焊接，控制所述有针型焊接搅拌头的搅拌针插入所述金属板中并停留一段时间后，以恒定焊接速度沿着焊接方向进行焊接，形成一条焊缝；
S5.完成第一次焊接后，将所述有针型焊接搅拌头抬起，待所述金属板与聚合物板冷却后，将所述有针型焊接搅拌头换为无针型焊接搅拌头，确定轴肩下压量，并调节所述无针型焊接搅拌头的旋转速度；
S6.开始第二次焊接，控制所述无针型焊接搅拌头对所述焊缝以恒定焊接速度再次进行焊接，直到完成焊接，将所述无针型焊接搅拌头抬起退出。
优选的，所述步骤S2中，将所述金属板与聚合物板搭接置于工作台上，所述金属板置于上方，所述聚合物板置于下方。
优选的，所述步骤S2中，所述夹紧机构包括夹具、压板和螺丝，所述压板压在所述金属板的两侧边缘处，所述夹具位于所述压板上方，所述夹具通过所述螺丝将所述压板下的所述金属板与聚合物板夹在工作台上。
优选的，所述步骤S3中，所述有针型焊接搅拌头的轴肩下压量范围为0.1mm-1mm，所述有针型焊接搅拌头的旋转速度范围为1000-1600r/min。
优选的，所述步骤S4中，所述有针型焊接搅拌头的搅拌针垂直插入所述金属板中，所述有针型焊接搅拌头停留时间为1-5s。
优选的，所述步骤S4中，所述焊接速度的范围为30-80mm/min。
优选的，所述步骤S5中，无针型焊接搅拌头的端面为平面，所述无针型焊接搅拌头垂直插入所述金属板中，所述无针型焊接搅拌头的轴肩直径大于所述有针型焊接搅拌头的轴肩直径
优选的，所述步骤S5中，所述无针型焊接搅拌头轴肩下压量的范围为0.1-1mm。
优选的，所述步骤S6中，所述无针型焊接搅拌头的旋转速度范围为1000-1600r/min，所述无针型焊接搅拌头焊接速度的范围为30-80mm/min。
优选的，所述金属板为铝合金板。
本发明的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，先用有针型焊接搅拌头进行焊接再用无针型焊接搅拌头对焊缝进行焊接，实现了金属板和聚合物板的有效焊接，焊接操作简单，焊接投资降低，对环境要求较小，不会对环境产生任何污染，解决了金属物与聚合物搅拌摩擦焊接时受热分解产生气泡、孔洞以及焊接后产生毛刺飞边等问题，不仅可以得到外观美观的焊接接头，还保证了接头质量，提高了焊接效率。
附图说明
图1是本发明实施例金属板与聚合物板搅拌摩擦焊前装夹示意图；
图2是本发明实施例金属板与聚合物板使用有针型焊接搅拌头搅拌摩擦焊的工艺示意图；
图3是本发明实施例金属板与聚合物板使用无针型焊接搅拌头搅拌摩擦焊的工艺示意图。
图中：1、金属板，2、聚合物板，3-1、有针型焊接搅拌头，3-2、无针型焊接搅拌头，4、搅拌针，5、焊缝，6、夹具，7、压板，8、螺丝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，包括如下步骤：
S1.将金属板1和聚合物板2进行焊接前处理，将金属板1与聚合物板2加工成所需形状；
金属板1可以为铝合金板；
S2.将金属板1与聚合物板2置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，如图1所示，用夹紧机构夹紧金属板1与聚合物板2；
金属板1与聚合物板2可以搭接置于工作台上，高速旋转的搅拌工具与被焊件的搅拌摩擦，使得被焊件的温度升高，考虑到温度过高，聚合物板2将发生过度熔化，所以可以将金属板1置于上方，聚合物板2置于下方，夹紧机构包括夹具6、压板7和螺丝8，压板7压在金属板1的两侧边缘处，夹具6位于压板7的上方，夹具6通过螺丝8将压板7下的金属板1与聚合物板2夹在工作台上；
S3.安装有针型焊接搅拌头3-1，确定轴肩下压量，并调节有针型焊接搅拌头3-1的旋转速度；
有针型焊接搅拌头3-1的轴肩下压量范围可以为0.1mm-1mm，有针型焊接搅拌头3-1的旋转速度范围可以为1000-1600r/min；
S4.如图2所示，开始第一次焊接，控制有针型焊接搅拌头3-1的搅拌针4插入金属板1中并停留一段时间后，以恒定焊接速度沿着焊接方向进行焊接，形成一条焊缝5；
有针型焊接搅拌头3-1的搅拌针4可以垂直插入金属板1中，有针型焊接搅拌头3-1停留时间可以为1-5s，有针型焊接搅拌头3-1焊接速度的范围可以为30-80mm/min；
S5.完成第一次焊接后，将有针型焊接搅拌头3-1抬起，待金属板1与聚合物板2冷却后，将有针型焊接搅拌头3-1换为无针型焊接搅拌头3-2，确定轴肩下压量，并调节无针型焊接搅拌头3-2的旋转速度；
无针型焊接搅拌头3-2的端面可以为平面，无针型焊接搅拌头3-2可以垂直插入金属板1中，无针型焊接搅拌头3-2的轴肩直径可以大于有针型焊接搅拌头3-1的轴肩直径，无针型焊接搅拌头3-2轴肩下压量的范围可以为0.1-1mm；
S6.如图3所示，开始第二次焊接，控制无针型焊接搅拌头3-2对焊缝5以恒定焊接速度再次进行焊接，直到完成焊接，将无针型焊接搅拌头3-2抬起退出；
使用有针型焊接搅拌头3-1进行一次焊接后，焊缝5周围可能出现毛刺飞边等缺陷，再使用无针型焊接搅拌头3-2焊接，有效解决了焊接后产生的毛刺飞边等问题，无针型焊接搅拌头3-2的旋转速度范围可以为1000-1600r/min，无针型焊接搅拌头3-2焊接速度的范围可以为30-80mm/min。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将金属板（1）与聚合物板（2）加工成所需形状；
S2. 将所述金属板（1）与聚合物板（2）置于搅拌摩擦焊接设备工作台上，并用夹紧机构夹紧所述金属板（1）与聚合物板（2）；
S3. 安装有针型焊接搅拌头（3-1），确定轴肩下压量，并调节所述有针型焊接搅拌头（3-1）的旋转速度；
所述步骤S3中，所述有针型焊接搅拌头（3-1）的轴肩下压量范围为0.1mm-1mm，所述有针型焊接搅拌头（3-1）的旋转速度范围为1000-1600r/min；
S4. 开始第一次焊接，控制所述有针型焊接搅拌头（3-1）的搅拌针（4）插入所述金属板（1）中并停留一段时间后，以恒定焊接速度沿着焊接方向进行焊接，形成一条焊缝（5）；
S5. 完成第一次焊接后，将所述有针型焊接搅拌头（3-1）抬起，待所述金属板（1）与聚合物板（2）冷却后，将所述有针型焊接搅拌头（3-1）换为无针型焊接搅拌头（3-2），确定轴肩下压量，并调节所述无针型焊接搅拌头（3-2）的旋转速度；
所述步骤S5中，所述无针型焊接搅拌头（3-2）的端面为平面，所述无针型焊接搅拌头（3-2）垂直插入所述金属板（1）中，所述无针型焊接搅拌头（3-2）的轴肩直径大于所述有针型焊接搅拌头（3-1）的轴肩直径；
S6. 开始第二次焊接，控制所述无针型焊接搅拌头（3-2）对所述焊缝（5）以恒定焊接速度再次进行焊接，直到完成焊接，将所述无针型焊接搅拌头（3-2）抬起退出。
2.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述金属板（1）与聚合物板（2）搭接置于工作台上，所述金属板（1）置于上方，所述聚合物板（2）置于下方。
3.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述夹紧机构包括夹具（6）、压板（7）和螺丝（8），所述压板（7）压在所述金属板（1）的两侧边缘处，所述夹具（6）位于所述压板（7）上方，所述夹具（6）通过所述螺丝（8）将所述压板（7）下的所述金属板（1）与聚合物板（2）夹在工作台上。
4.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述有针型焊接搅拌头（3-1）的搅拌针（4）垂直插入所述金属板（1）中，所述有针型焊接搅拌头（3-1）停留时间为1-5s。
5.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述焊接速度的范围为30-80mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述无针型焊接搅拌头（3-2）轴肩下压量的范围为0.1-1mm。
7.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述无针型焊接搅拌头（3-2）的旋转速度范围为1000-1600r/min，所述无针型焊接搅拌头（3-2）焊接速度的范围为30-80mm/min。
8.根据权利要求1所述的一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法，其特征在于，所述金属板（1）为铝合金板。
CN202110842266.0A 2021-07-26 2021-07-26 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法 Active CN113478067B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110842266.0A CN113478067B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110842266.0A CN113478067B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113478067A CN113478067A (zh) 2021-10-08
CN113478067B true CN113478067B (zh) 2022-10-28

Family

ID=77943605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110842266.0A Active CN113478067B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113478067B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114309916A (zh) * 2022-01-11 2022-04-12 大连交通大学 一种塞入式匙孔修复搅拌摩擦焊方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010046678A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Akita Univ 摩擦攪拌接合方法、摩擦攪拌接合継手の製造方法、及び、摩擦攪拌接合継手
JP6221774B2 (ja) * 2014-01-27 2017-11-01 新日鐵住金株式会社 異質部材の摩擦攪拌接合方法及び接合継手
CN103949768B (zh) * 2014-05-05 2016-02-03 西北工业大学 一种可消除搅拌摩擦点焊Hook缺陷的方法
CN105127583B (zh) * 2015-09-09 2017-10-03 长春轨道客车股份有限公司 一种铝合金厚板搅拌摩擦焊方法
CN105880826B (zh) * 2016-04-11 2017-12-15 江西理工大学 一种避免底部缺陷、提高接头性能的厚板搅拌摩擦焊接方法
CN106271029A (zh) * 2016-09-07 2017-01-04 东南大学 利用搅拌摩擦焊连接金属材料与树脂基复合材料的方法
CN108857042A (zh) * 2018-06-11 2018-11-23 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种提高金属焊缝性能的焊后调修方法
CN111745286A (zh) * 2020-06-24 2020-10-09 哈尔滨万洲焊接技术有限公司 一种用于异种金属搭接的搅拌摩擦焊方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113478067A (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1084656C (zh) 摩擦搅动焊接的焊根密接方法
CN113478067B (zh) 一种两段式异种材料搅拌摩擦焊方法
CN206263438U (zh) 一种板材搅拌摩擦焊拼接快换夹具
WO2020082537A1 (zh) 一种实现焊缝增厚的搅拌摩擦焊接装置及其方法
CN113369670B (zh) 一种提高回填式搅拌摩擦点焊焊接效率的方法
CN106583915A (zh) 一种新型线性摩擦焊接方法及工具
CN109048044B (zh) 一种消除搅拌摩擦焊匙孔的搅拌头
CN109967856B (zh) 一种通过磁力实现背部随动支撑的搅拌摩擦焊接方法
CN110102868A (zh) 一种应用于机器人的搅拌摩擦焊结构及其工作方法
CN111496369A (zh) 一种用于铝合金t型接头填丝静止轴肩搅拌摩擦焊接装置及方法
CN111958979A (zh) 一种金属与热塑性树脂材料摩擦搭接焊方法
CN113441832A (zh) 一种预开槽式搅拌摩擦焊方法
CN107891220B (zh) 一种基于同侧电极的异种材料连接装置
CN108406086B (zh) 一种铝合金厚板材搅拌摩擦焊接方法及装置
CN111843172A (zh) 一种填丝搅拌摩擦焊接方法
CN112705833B (zh) 一种铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺
CN211248763U (zh) 一种无飞边及减薄的无轴肩搅拌摩擦焊工具
CN210548811U (zh) 一种背部穿透且超声工具头支撑辅助的搅拌摩擦焊接装置
CN102990218B (zh) 一种焊接铜合金与铝基复合材料的方法
CN104772561B (zh) 焊接板结构与柱体的搅拌摩擦焊接方法
CN212443715U (zh) 一种用于电池盖板和壳体的焊接装置
CN108327293B (zh) 一种热塑性塑料搅拌摩擦点焊工具及辅助装置及点焊方法
Li et al. Feasibility and interface migration characteristics of friction stir lap welding of LA141 Mg-Li alloy
CN108127245B (zh) 一种摩擦搅拌焊用夹持装置
CN211331776U (zh) 一种搅拌摩擦焊焊接工艺设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant